Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Co prawda burza w szklance wody ma w przysłowiu zupełnie inne znaczenie, lecz po długim okresie prób fizykom z Uniwersytetu w Bordeaux naprawdę udało się wreszcie odtworzyć huragan w naczyniu wielkości filiżanki. Przykrywa je mydlana bańka, a wewnątrz szaleje cyklon o średnicy zaledwie kilku centymetrów. Jak w guliwerowskiej krainie liliputów...

Choć dużo mniejszy, huragan utworzony przez człowieka ma dokładnie te same właściwości, co naturalne wiatry. Hamid Kellay, szef zespołu, twierdzi, że eksperyment jest naprawdę prosty. Najpierw zlewkę należy wypełnić roztworem mydła. Potem trzeba wziąć słomkę i wydmuchać bańkę. Półkulista bańka przykrywa z wierzchu naczynie, a roztwór jest podgrzewany do temperatury 45°C. W miarę wzrostu temperatury zaczyna zachodzić proces unoszenia się w górę strumieni ciepłego powietrza (konwekcja naturalna). Czasem na samym szczycie formują się pojedyncze duże wiry, których średnica dochodzi do kilku centymetrów. Pomyśleliśmy, że wyglądają one jak cyklony.

Aby sprawdzić, czy miniwiry zachowują się jak prawdziwe huragany, naukowcy sfilmowali ich ruch. Nagranie porównali z danymi uzyskanymi podczas sezonu huraganowego 2003-2004. Zaobserwowano podobny ruch termiczny, choć same trasy "małych i dużych" już się od siebie różniły (Physical Review Letters).

Kellay twierdzi, że prawdziwe huragany są efektem innych zjawisk atmosferycznych, a na ich przemieszczanie się silnie wpływa ruch wirowy Ziemi. Tego wszystkiego brakuje, oczywiście, w przypadku mydlanej bańki. Mimo wszystko może ona posłużyć jako rodzaj laboratorium, gdzie sprawdza się, jak wygląda interakcja huraganów z otaczającym powietrzem.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Guoliang Liu z Wydziału Chemii Virginia Polytechnic Institute and State University (Virginia Tech), opracował metodę przetwarzania plastików – od „kartonowych” pojemników na napoje, poprzez pojemniki na żywność i foliowe torebki – na mydło. Jego tajemnica polega na podgrzewaniu długichł łańcuchów polimerowych i ich gwałtownym chłodzeniu. Mamy tutaj więc do czynienia z tzw. upcyclingiem, czyli uzyskiwaniem z przetwarzanego przedmiotu produktu o wysokiej wartości. W tym przypadku są do surfaktanty, które może zamienić w mydło czy detergent. Bardzo często recykling wiąże się z downcyklingiem, gdy poddany mu przedmiot można zamienić na produkt o niższej wartości.
      Zamiana plastiku na mydło może być zaskakująca, ale oba te produkty mają wiele wspólnego na poziomie molekularnym. Struktura chemiczna polietylenu, jednego z najpowszechniej używanych tworzyw sztucznych, ma niezwykle podoba do struktury kwasów tłuszczowych używanych do produkcji mydła. Oba te materiały mają długie łańcuchy węglowe, jednak kwasy tłuszczowe mają na końcu łańcucha dodatkową grupę atomów.
      Guoliang Liu od dłuższego czasu uważał, że dzięki temu podobieństwu powinno się udać zamienić polietylen w kwas tłuszczowy do produkcji mydła. Pytanie brzmiało, jak podzielić długie łańcuchy polimerowe na krótsze, ale nie za krótkie, i zrobić to efektywnie. Jeśli by się to udało, można by z plastikowych odpadów o niskiej wartości uzyskać produkt o wysokiej wartości.
      Inspiracją dla naukowca stało się dymu z palącego się w kominku drewna.
      Drewno kominkowe składa się głównie z polimerów, jak celuloza. Jego spalanie rozrywa polimery na mniejsze łańcuchy, następnie na małe gazowe molekuły, które w końcu utleniają się do tlenku węgla. Jeśli podobnie przerwiemy molekuły polietylenu, ale przerwiemy proces zanim staną się one molekułami gazowymi, powinniśmy otrzymać krótkie łańcuchy podobne do molekuł polimerów, stwierdził. W swoim laboratorium wykorzystał termolizę z gradientem temperatury. Na dole urządzenia do termolizy panuje wystarczająco wysoka temperatura, by poprzerywać łańcuchy polimerowe, a na górze jest ono na tyle schłodzone, że proces przerywania łańcuchów nie zachodzi. Po termolizie naukowcy zebrali sadzę z góry pieca i okazało się, że zawiera ona woski. Potrzebnych było jeszcze kilka etapów obróbki chemicznej, w tym zmydlanie, by otrzymać pierwsze w historii mydło z plastiku.
      Cała procedura została przeanalizowana przez ekspertów od modelowania komputerowego, analiz ekonomicznych i innych dziedzin. Efektem prac jest artykuł opublikowany w Science. Nasze badania pokazują nowy sposób upcyclingu plastiku bez konieczności stosowania nowych katalizatorów czy złożonych procedur. To powinno zachęcić innych do opracowania kolejnych metod zamiany plastikowych odpadów na cenne produkty, mówi główny autor artykułu, Zhen Xu.
      Co więcej, analizy wykazały, że tę samą metodę można wykorzystać podczas pracy z polipropylenem. Wraz z polietylenem stanowi od większość plastiku, z jakim mamy do czynienia w codziennym życiu. Dodatkową zaletą jest fakt, że metodę Liu można wykorzystać bez potrzeby oddzielania polietylenu od polipropylenu. Można je jednocześnie przetwarzać.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gwałtowne wiatry, jakich w ostatnim czasie doświadczyła Polska, nie są w naszym kraju niczym niezwykłym. Zdarzały się już w przeszłości. Jak tłumaczy profesor Szymon Malinowski, ta tak zwana eksplozyjna cyklogeneza jest charakterystyczna dla naszego klimatu i czasem się powtarza. Wyjątkowe jest jednak nasilenie takich zjawisk i częstotliwość ich występowania. A także fakt, że towarzyszyły im trąby powietrzne oraz częste wyładowania atmosferyczne. Te dwa ostatnie zjawiska to w lutym rzadkość.
      Jeszcze do niedawna okresem przejściowym, w którym dochodziło do aktywizacji cyklogenezy był u nas marzec, miesiąc przejścia z zimy do wiosny. Polska była krajem zacisznym. Przeciętna prędkość wiatru w naszym kraju wynosiła 3,5 m/s (12,6 km/h). Do takiego wiatru są przyzwyczajone i drzewa, i zwierzęta, i ludzie, i przystosowaliśmy do niego infrastrukturę. Tymczasem wieje coraz silniej i coraz częściej. Dlatego też stajemy się krajem latających dachów. W kraju zacisznym nie ma bowiem potrzeby budowania tak solidnych dachów jak w krajach, gdzie silny wiatr to niemal codzienność. Tymczasem gdy średnia prędkość wiatru zaczyna rosnąć, a silne wiatry stają się nową normą, okazuje się, że nasze budownictwo nie jest na to przygotowane. Około 90% dachów w Polsce nie jest gotowych na zmierzenie się z wiatrem o prędkości 40 m/s, czyli 144 km/s. Tymczasem takie porywy będą coraz częstsze. I charakterystyczny polski dach, który nie jest solidnie zakotwiony, może sobie z nim nie poradzić. Podobnie zresztą jak nie poradzą sobie linie energetyczne czy drzewa.
      Oczywiście te wspomniane 40 m/s to nie jest polski rekord prędkości wiatru. Ten został pobity w Lublinie 20 lipca 1931 roku. Wiatr zrzucał wówczas wagony z torów, wyginał konstrukcje stalowe i wyrywał drzewa z korzeniami. Jego prędkość dochodziła do 100 m/s czyli 360 km/h. To było jednak trąba powietrzna, czyli zupełnie inne i całkowicie nieprzewidywalne zjawisko. Bardzo silne wiatry, przekraczające 60 m/s, czyli ponad 216 km/h są notowane na szczytach Karkonoszy. Jednak, powtórzmy, tam panują specyficzne warunki. Problemem nie są zaś specyficzne górskie warunki czy wyjątkowo rzadkie trąby powietrzne. Problemem są zmieniające się warunki, które powodują, że musimy w Polsce przygotować się zarówno na wzrost prędkości wiatru, coraz częstszego pojawiania się silnych i bardzo silnych wiatrów oraz wzrost maksymalnej prędkości wiatru.
      Za silne wiatry, których ostatnio doświadczaliśmy, odpowiadają niże tworzące się nad Atlantykiem na południe od Islandii. Nie napotykają na swojej drodze żadnych przeszkód, więc przemieszczają się nad Europę. Nad kontynentem, w zetknięciu z chłodniejszym powietrzem, wywołują wichury. W przeszłości wiatry te zdążyły osłabnąć przed dotarciem do Polski. To się jednak zmieniło. I przez to niże, jeden po drugim, docierają nad nasz kraj. Niże te stają się też coraz większe i głębsze. Przez to pojawia się duża różnica ciśnień pomiędzy północą a południem Polski. A to napędza wiatr.
      Ta widoczna gołym okiem i odczuwalna zmiana to skutek ocieplającego się klimatu. Emitując olbrzymie ilości gazów cieplarnianych do atmosfery przykryliśmy Ziemię dodatkową warstwą izolującą. Ona to powoduje, że mniej energii dostarczanej przez Słońce jest wypromieniowywane w przestrzeń kosmiczną. Ta zatrzymana energia gromadzi się w oceanach czy atmosferze i musi znaleźć ujście, rozproszyć się. A rozprasza się m.in. poprzez gwałtowniejsze burze i wiatry.
      Jakby tego było mało, sytuację mogą pogarszać tworzące się cumulonimbusy. To chmury burzowe, mogące nieść ze sobą bardzo niebezpieczne i gwałtowne zjawiska, jak tornada. Jednak, aby do tak niebezpiecznych zjawisk doszło, cumulonimbus musi bardzo rozbudować się w pionie, a do tego potrzebuje ciepła. Dlatego cumulonimbusy w Polsce wywołują gwałtowne zjawiska pogodowe dopiero wiosną, a w pełni pokazują swoją moc latem. Jednak klimat się ociepla, a wraz z nim możemy spodziewać się, że i zimowe cumulonimbusy będą coraz groźniejsze.
      Pojedyncze zjawiska pogodowe, nawet te najbardziej gwałtowne, nie dają odpowiedzi na pytanie, co się dzieje. Jednak tutaj widzimy wyraźny zmieniający się trend, znamy przyczyny tej zmiany i wiemy, że w kolejnych dziesięcioleciach będziemy doświadczali coraz bardziej gwałtownych zjawisk pogodowych. Będzie rosła prędkość wiatru i coraz częściej będziemy mierzyli się z silnymi, gwałtownymi porywami.
      Polska jeszcze niedawno była krajem zacisznym. Teraz musimy przystosować nasze budownictwo do nowych warunków atmosferycznych. Zacząć można od dachów, bo to one są najczęściej tym elementem budynku, który pierwszy poddaje się naporowi wiatru. A zerwany dach może uszkodzić kolejne budynki, infrastrukturę i zagrozić ludziom. Nawet gdyby ludzkość w ciągu najbliższych dekad zredukowała emisję gazów cieplarnianych niemal do zera, to klimat będzie potrzebował kolejnych dziesięcioleci, by powrócić do równowagi. Musimy się więc na to przygotować.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zmiany klimaty spowodowały, że cyklony tropikalne docierające na ląd wolniej słabną, przez co dalej docierają i powodują większe zniszczenia, czytamy na łamach najnowszego wydania Nature. Naukowcy z The Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) Graduate University dowiedli, że cyklony, które tworzą się nad gorącymi wodami oceanicznymi, niosą obecnie więcej wilgoci, przez co po dotarciu na ląd dłużej się utrzymują. To sugeruje, że w przyszłości mogą utrzymywać się jeszcze dłużej i obszarom, do których wcześniej nie docierały.
      To bardzo ważne spostrzeżenie, które powinno być brane pod uwagę przy podejmowaniu decyzji dotyczących radzenia sobie ze skutkami globalnego ocieplenia, mówi jeden z autorów badań, profesor Pinaki Chakraborty, dyrektor Jednostki Mechaniki Płynów na OIST. Wiemy, że miejscowości przybrzeżne muszą przygotować się na bardziej intensywne huragany. Okazuje się, że na ich nadejście muszą być też gotowe miejscowości położone w głębi lądu, które mogą nie mieć odpowiedniej infrastruktury, by sobie z tym radzić, a ich mieszkańcy mogą nie mieć doświadczenia z takimi zjawiskami, dodaje uczony.
      Naukowcom z Okinawy udało się wykazać bezpośredni związek pomiędzy ocieplającym się klimatem, a tymi cyklonami, które docierają na ląd. Na potrzeby swoich badań naukowcy przeanalizowali huragany, które w ostatnim półwieczu uformowały się nad północnym Atlantykiem i dotarły na ląd. Okazało się, że obecnie w ciągu pierwszej doby po uderzeniu w ląd cyklony słabną dwukrotnie wolniej niż przed 50 laty. Gdy przyjrzeliśmy się danym jasno było widać, że w kolejnych latach cyklony słabną coraz wolniej. Nie był to jednak proces ciągły. Zmiany w poszczególnych latach odpowiadały zmianom temperatury powierzchni wód oceanicznych, mówi doktorant Lin Li, główy autor badań.
      Naukowcy przetestowali swoje spostrzeżenia za pomocą symulacji komputerowych czterech różnych cyklonów, które przeprowadzono z różnymi danymi dotyczącymi temperatury powierzchni oceanu. Gdy w symulacji huragan osiągnął kategorię 4, naukowcy symulowali jego nadejście nad ląd, odcinając go od źródła wilgoci od spodu.
      Cyklony tropikalne to silniki cieplne, jak np. silnik w samochodzie. W silniku samochodowym spalane jest paliwo i uzyskana energia cieplna zamieniana jest w pracę mechaniczną. W cyklonach wilgoć z powierzchni oceanu jest paliwem, które intensyfikuje i podtrzymuje siłę huraganu, a energia cieplna z wody jest zamieniana w potężne wiatry. W momencie, gdy huragan dotrze na ląd, dostawy paliwa zostają przerwane. Bez paliwa samochód zaczyna zwalniać, a huragan, bez źródła wilgoci, traci na sile, wyjaśnia Li.
      Naukowcy zauważyli, że nawet gdy nad ląd docierają cyklony o tej samej sile, to ten, który uformował się nad cieplejszymi wodami, wolniej słabnie. Symulacje te udowodniły, że wyciągnęliśmy prawidłowe wnioski z naszych analiz. A wnioski te mówią, że cieplejsze oceany wpływają na tempo słabnięcia huraganu, nawet po odcięciu połączenia z wodami oceanicznymi. Pytanie brzmi, dlaczego tak się dzieje, mówi Chakraborty.
      Przeprowadzili więc dodatkowe symulacje i wykazali, że odpowiedzią na to pytanie jest wilgotność. Nawet gdy cyklon dociera na ląd, zamienia się w huragan i nie ma łączności z oceanem, powietrze wciąż zawiera sporo wilgoci. Z czasem wilgoć tę traci i wiatry słabną. Huragany, które powstają nad cieplejszymi wodami oceanicznymi, mogą zawierać więcej wilgoci, która podtrzymuje je przez dłuższy czas i nie pozwala im szybko osłabnąć, dodają uczeni.
      Naukowcy zauważają, że konieczna jest zmiana obecnych – zbyt prostych – modeli badania huraganów. Obecne modele nie biorą pod uwagę wilgotności. Rozważają one huragany jako suchy wir powietrza, który jest osłabiany przez tarcie o ląd. Nasza praca pokazuje, że ten model jest niekompletny. Dlatego też modele te nie wykazywał dotychczas oczywistego wpływu ocieplania się klimatu na huragany, mówi Li.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Opadające krople deszczu trą o powietrze, przez co energia kinetyczna zarówno kropli jak i powietrza zamieniana jest w energię cieplną i zostaje rozproszona. Grupa matematyków policzyła ilość rozpraszanej w ten sposób energii i ze zdumieniem odkryła, że opady deszczu mogą być bardzo istotnym składnikiem ogólnego bilansu energetycznego atmosfery.
      Matematycy Olivier Pauluis z New York University oraz Juliana Dias z Narodowej Administracji Oceanów i Atmosfery (NOAA) wykorzystali dane uzyskane przez program Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM). Z ich obliczeń wynika, że pomiędzy 30. stopniem szerokości północnej a 30. stopniem szerokości południowej, rozproszenie energii wskutek tarcia kropli deszczu o powietrze średnio 1,8 wata na metr kwadratowy. Spadające krople wody i kryształki lodu stanowią minimalną część masy atmosfery, jednak, jak się okazuje, prowadzą do rozproszenia olbrzymich ilości energii.
      Specjaliści przewidują, że w miarę jak klimat będzie się ocieplał, opady staną się bardziej intensywne. Co więcej krople będą miały dłuższą drogę do przebycia, gdyż para wodna będzie kondensowała na większych wysokościach. Pauluis uważa, że na każdy stopień wzrostu temperatury ilość rozpraszanej energii wzrośnie o kilka procent. Wyliczenia te są zgodne z wcześniejszymi modelami klimatycznymi. Spodziewamy się, że wraz ze wzrostem temperatury wielkoskalowe cyrkulacje powietrza w tropikach, takie jak komórka Hadleya czy komórka Walkera osłabną - mówią uczeni. Można zatem spodziewać się osłabnięcia pasatów, które są częścią obu komórek.
      Nie osłabną za to huragany. Są one bowiem zależne nie od energii zgromadzonej w atmosferze a od temperatury powierzchni oceanów. Eksperci zapowiadają wzrost siły tych wiatrów.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Powinniśmy przyzwyczaić się, że katastrofy naturalne, które obecnie nazywamy „powodzią stulecia“ czy „huraganem stulecia“, będziemy w przyszłości nazywali „katastrofami dekady“. Badania przeprowadzone przez uczonych z MIT-u i Princeton University wskazują, że wraz ze zmieniającym się klimatem będziemy coraz częściej doświadczali wielkich klęsk żywiołowych. Ich zdaniem potężne burze będą zdarzały się co 3-20 lat.
      Naukowcy przeprowadzili dziesiątki tysięcy symulacji burz odbywających się w różnych warunkach klimatycznych i odkryli, że wywoływane przez nie powodzie, które obecnie uznalibyśmy za „powódź 500-lecia“ będą zdarzały się co 25-240 lat.
      Ning Lin z MIT-u mówi, że znajomość częstotliwości wielkich klęsk żywiołowych pozwoli np. planować budowę wałów przeciwpowodziowych.
      Naukowcy wykorzystali cztery modele klimatyczne i przeprowadzili symulacji 45 000 burz mających miejsce w promieniu 200 kilometrów od południowego krańca Manhattanu. Każdy z modeli klimatycznych był testowany w dwóch scenariuszach. Pierwszym był „klimat obecny“, czyli uśrednione dane za lata 1981-2000 oraz „przyszły klimat“, czyli przewidywania dotyczące klimatu z lat 2081-2100.
      Mimo niewielkich różnic w wynikach uzyskanych za pomocą różnych modeli, generalna tendencja jest wyraźna - liczba gwałtownych zjawisk klimatycznych będzie rosła.
      Obecnie za „burzę stulecia“ uznaje się taką, w wyniku której poziom oceanu u wybrzeży Nowego Jorku wzrasta średnio o około 2 metry. Z kolei „burzą 500-lecia“ ma być taka, która podniesie poziom wód oceanicznych o ponad 3 metry. Podczas obu tego typu zjawisk woda zalałaby Nowy Jork, który jest chroniony wałami o wysokości 1,5 metra. Najwyższy wzrost poziomu wód wyniósł dotychczas 3,2 metra i przydarzył się w 1821 roku - mówi Lin. To odpowiada dzisiejszemu pojmowaniu „powodzi 500-lecia“. Tymczasem, jak widzimy z przeprowadzonych symulacji, taka powódź może powtórzyć się w niedługim czasie.
      Przewidywania tego typu są też o tyle ważne, że przed klęskami można się bronić. Większość budynków planowana jest na 60-120 lat, zatem możliwe jest takie planowanie miast, by były one gotowe na nadejście wielkich klęsk żywiołowych.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...